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【摘 要】本文简单介绍了PLC设计及发展，为广大同行提供参考。
【关键词】PLC；技术发展；
一、PLC技术的概念
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
二、PLC的工作原理
2.1输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2.2 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
三、PLC技术的发展历史
1968年，通用汽车对外公开招标，寻求新的电气控制装置，1969年，美国数字设备公司制成的首台plc，1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台PLC。从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家，生产大约二百个品种；日本有60～70家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；在欧洲注册的也有几十家，生产几十个品种的PLC产品PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。
四、我国PLC技术的发展现状
我国研究PLC技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术，主要考虑PLC技术用于低压抄表系统，传输速率较低。1998年开发出样机，并通过了试验室功能测试，1999年在现场进行试运行，获得了产品登记许可。1999年5月开始进行PLC系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。2000年开始引进国外的PLC芯片，研制了2Mbps的样机，2001年下半年在沈阳供电公司进行了小规模现场试验，实验效果良好，并于6月20日在沈阳通过验收。验收委员会通过现场检测认为，该实验从中国配电网的实际传播特性出发，对电力线通信技术的理论、实际应用和工程技术进行了开创性研究，在国内率先研制成功2Mbps和14Mbps高速电力线通信系统，建立了我国第一个电力线宽带接入实验网络；实现了自家庭至配电开关柜的高速电力线数据通信，并将办公自动化系统延伸至家庭。该实验的成功标志着我国已经全面掌握了高速电力线通信的核心技术，具备了研制生产这种技术实用化设备的能力。据悉，今年年底以前将建成200户的试验网络。
五、PLC技术的特点
5.1配套齐全，功能完善，适用性强：PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制，CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
5.2系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造：PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。
5.3体积小，重量轻，能耗低：以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
六、PLC设计
在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被控制对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果，需要进行多次反复的调试和修改，增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循，即具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者经验多少有关。
其一：经验设计法，对于一些比较简单的控制系统的设计是比较有效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。对于比较复杂的系统，经验法一般设计周期长，不易掌握，系统交付使用后，维护困难。所以，经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。
其二：逻辑设计法，工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等电气元件来实现，而继电器，交流接触器的触点都只有两种状态，即吸合和断开，因此，用“O”和“l”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。PLC的早期应用就是替代继电器控制系统，逻辑设计方法同样也适用于PLC应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后，甚至梯形程序也可以省略，可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。
其三：顺序功能图法，顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，同步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学，规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好。程序的调试和运行也很方便，可以极大地提高工作效率。
参考文献：
[1]钟肇新，可编程控制器原理与应用[M].广州：华南理工大学出版社，2000.
[2]储云峰，施耐德电气可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3]高勤，电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.
【关键词】PLC；技术发展；
一、PLC技术的概念
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
二、PLC的工作原理
2.1输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2.2 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
三、PLC技术的发展历史
1968年，通用汽车对外公开招标，寻求新的电气控制装置，1969年，美国数字设备公司制成的首台plc，1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台PLC。从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家，生产大约二百个品种；日本有60～70家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；在欧洲注册的也有几十家，生产几十个品种的PLC产品PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。
四、我国PLC技术的发展现状
我国研究PLC技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术，主要考虑PLC技术用于低压抄表系统，传输速率较低。1998年开发出样机，并通过了试验室功能测试，1999年在现场进行试运行，获得了产品登记许可。1999年5月开始进行PLC系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。2000年开始引进国外的PLC芯片，研制了2Mbps的样机，2001年下半年在沈阳供电公司进行了小规模现场试验，实验效果良好，并于6月20日在沈阳通过验收。验收委员会通过现场检测认为，该实验从中国配电网的实际传播特性出发，对电力线通信技术的理论、实际应用和工程技术进行了开创性研究，在国内率先研制成功2Mbps和14Mbps高速电力线通信系统，建立了我国第一个电力线宽带接入实验网络；实现了自家庭至配电开关柜的高速电力线数据通信，并将办公自动化系统延伸至家庭。该实验的成功标志着我国已经全面掌握了高速电力线通信的核心技术，具备了研制生产这种技术实用化设备的能力。据悉，今年年底以前将建成200户的试验网络。
五、PLC技术的特点
5.1配套齐全，功能完善，适用性强：PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制，CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
5.2系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造：PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。
5.3体积小，重量轻，能耗低：以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
六、PLC设计
在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被控制对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果，需要进行多次反复的调试和修改，增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循，即具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者经验多少有关。
其一：经验设计法，对于一些比较简单的控制系统的设计是比较有效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。对于比较复杂的系统，经验法一般设计周期长，不易掌握，系统交付使用后，维护困难。所以，经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。
其二：逻辑设计法，工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等电气元件来实现，而继电器，交流接触器的触点都只有两种状态，即吸合和断开，因此，用“O”和“l”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。PLC的早期应用就是替代继电器控制系统，逻辑设计方法同样也适用于PLC应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后，甚至梯形程序也可以省略，可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。
其三：顺序功能图法，顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，同步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学，规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好。程序的调试和运行也很方便，可以极大地提高工作效率。
参考文献：
[1]钟肇新，可编程控制器原理与应用[M].广州：华南理工大学出版社，2000.
[2]储云峰，施耐德电气可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3]高勤，电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.